KR101697589B1 - Apparatus for repairing thin film solar cell and method for repairing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 태양전지의 리페어장치 및 리페어방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 박막 태양전지의 리페어방법은, 결함이 발생한 태양전지 셀을 제공하는 단계; 상기 태양전지 셀에 고전압을 인가해 주는 단계; 적외선 센서를 통해 상기 태양전지 셀을 스캐닝하여 결함부분을 감지하는 단계; 상기 적외선 센서의 스캐닝을 통해 감지된 결함정보를 저장하는 단계; 및 상기 결함정보 메모리부로부터 결함정보를 수신하여 이 결함정보에 따라 결함 위치에 레이저광을 조사하여 결함 부분을 제거하여 리페어하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a repair apparatus and a repair method for a thin film solar cell, and a repair method for a thin film solar cell according to the present invention includes the steps of: providing a defective photovoltaic cell; Applying a high voltage to the solar cell; Scanning the solar cell through an infrared sensor to detect a defective part; Storing the detected defect information through the scanning of the infrared sensor; And receiving defect information from the defect information memory unit and irradiating the defect position with laser light according to the defect information to remove and repair the defect.
결함정보, 적외선 센서, 레이저광, 리페어, 고전압, 투명전극 Defect information, infrared sensor, laser light, repair, high voltage, transparent electrode
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막 태양전지 제조시에 결함을 리페어하는 박막 태양전지의 리페어장치 및 그 리페어방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a repair apparatus and repair method for a thin film solar cell that repairs defects in the manufacture of thin film solar cells.
일반적으로 태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기로 변환시키는 반도체소자로, 이에 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘계, 화합물계로 분류될 수 있다.In general, solar cells are semiconductor devices that convert solar energy directly into electricity. Depending on the materials used, they can be largely classified into silicon systems and compound systems.
그리고, 실리콘계 태양전지는 반도체의 상(phase)에 따라 세부적으로 단결정 (single crystalline) 실리콘, 다결정(polycrystalline) 실리콘, 비정질 (amorphous) 실리콘 태양전지로 분류된다.Silicon-based solar cells are classified into single crystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon solar cells according to the phase of the semiconductor.
또한, 태양전지는 반도체의 두께로 따라 벌크(기판)형 태양전지와 박막형 태양전지로 분류되는데, 박막형 태양전지는 반도체층의 두께가 수 10μm 내지 수 μm 이하의 태양전지이다.In addition, solar cells are classified as bulk (substrate) type solar cells and thin film type solar cells depending on the thickness of semiconductor. Thin film type solar cells are solar cells having a thickness of several tens of micrometers to several micrometers or less.
실리콘계 태양전지에서 단결정 및 다결정 실리콘 태양전지는 벌크형에 속하며, 비정질 실리콘 태양전지는 박막형에 속한다.In silicon-based solar cells, monocrystalline and polycrystalline silicon solar cells belong to the bulk type, and amorphous silicon solar cells belong to the thin film type.
한편, 화합물계 태양전지는 Ⅲ-Ⅴ족의 GaAs (Galium Arsenide)와 InP(Indium Phosphide) 등의 벌크형과 Ⅱ-Ⅵ 족의 CdTe (Cadmium Telluride) 및 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ의 CuInSe2 (CIS; Copper Indium Diselenide) 등의 박막형으로 분류되며, 유기물계 태양전지는 크게 유기분자형과 유무기 복합형이 있다. 이 밖에 염료 감응형 태양전지가 있으며, 이들 모두가 박막형에 속한다.On the other hand, compound solar cells are classified into bulk type and II-VI type CdTe (Cadmium Telluride) such as GaAs (GaAs) and InP (Indium Phosphide) of Group III-V and CuInSe 2 (CIS; Indium Diselenide). Organic solar cells are largely oil-based and organic-inorganic hybrid. In addition, there are dye-sensitized solar cells, all of which belong to the thin film type.
이와 같이 여러 종류의 태양전지 중에서 에너지 변환효율이 높고 제조 비용이 상대적으로 저렴한 벌크형 실리콘 태양전지가 주로 지상 전력용으로 폭넓게 활용되어 오고 있다.Among these various types of solar cells, a bulk silicon solar cell having a high energy conversion efficiency and relatively low manufacturing cost has been widely used for ground power.
그러나, 최근에는 벌크형 실리콘 태양전지의 수요가 급증함에 따라 원료의 부족 현상으로 가격이 상승하려는 추세에 있다. 이에 대규모 지상 전력용 태양전지의 저가화 및 양산화 기술 개발을 위해서는 실리콘 원료를 현재의 수 100분의 1로 절감할 수 있는 박막형 태양전지의 개발이 절실히 요구되고 있다.However, in recent years, as the demand for bulk silicon solar cells has surged, there is a tendency to increase the price due to a shortage of raw materials. Therefore, it is urgently required to develop a thin-film solar cell capable of reducing the number of silicon raw materials to one-hundredth of the current level in order to develop a low-cost solar cell for large-scale ground power and to develop mass production technology.
박막형 태양전지를 제작하기 위해서는 레이저 패터닝(laser patterning)법과, 화학적 기화가공(chemical vaporization machining; CVD)법, 금속침에 의한 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)법 등이 일반적으로 사용되고 있다.In order to manufacture a thin film solar cell, laser patterning, chemical vaporization machining (CVD), and mechanical scribing by metal sputtering are generally used.
상기 레이저 패터닝법은 주로 YAG 레이저 빕을 이용하여 투명전극과 태양전지(즉, 반도체)층, 전극층 등을 식각하는 기술이다. 즉, 레이저 패터닝의 원리는, 레이저광의 에너지를 패터닝될 물질 박막에 전달하여 박막을 기화, 폭발시키는 것이다. The laser patterning method is a technique of etching a transparent electrode, a solar cell (i.e., a semiconductor) layer, an electrode layer, and the like using a YAG laser beam. That is, the principle of laser patterning is to transfer the energy of the laser light to the material thin film to be patterned to vaporize and explode the thin film.
이를 구체적으로 설명하면, 레이저 광이 유리기판을 통하여 박막에 흡수되면 흡수된 빛에너지에 의해 박막의 온도가 올라간다. 이는 흡수된 빛 에너지에 의해 박막의 일부분이 고체, 액체, 기체로 차례로 상 변화를 겪고 이후 온도가 증가하면서 상부막이 기체의 압력을 견딜 수 없을 때 폭발적으로 물질이 날아가게 되는 원리이다. Specifically, when the laser beam is absorbed into the thin film through the glass substrate, the temperature of the thin film is increased by the absorbed light energy. This is a principle in which a part of the thin film undergoes a phase change in turn to the solid, liquid and gas due to absorbed light energy, and then explosively flows when the temperature of the upper film can not withstand the pressure of the gas.
이러한 레이저 패터닝법을 적용한 종래기술에 따른 박막형 태양전지 제조시에 발생되는 결함을 리페어하는 방법에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method of repairing defects generated in manufacturing a thin film solar cell according to a conventional technology using the laser patterning method will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 1는 종래 기술의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조시에 발생하는 결함에 대해 개략적으로 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a defect occurring in the manufacture of a thin film solar cell according to an embodiment of the prior art.
도 2는 종래기술의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조시에 발생하는 결함에 대해 개략적으로 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a defect occurring in manufacturing a thin-film solar cell according to another embodiment of the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(11) 위에 형성되는 투명 전도성 산화물 (Transparent Conductive Oxide; TCO)로 구성된 투명전극층(미도시)에 레이저를 조사하여 제1 개구부(15)를 갖는 투명전극(13)을 형성하고, 이어 상기 투명전극(13)을 포함한 투명기판(11) 상부에 태양전지용 반도체층(17)을 형성한다. 1, a transparent electrode layer (not shown) formed of a transparent conductive oxide (TCO) formed on a
그다음, 상기 반도체층(17)에 레이저를 조사하여 이를 식각함으로써 제2 개구부(19)를 갖는 반도체층패턴(17)을 형성한다.Next, a
이어서, 상기 제 2 개구부(19)를 포함한 반도체층패턴(17) 및 투명전극(13) 상에 금속전극막(21)을 형성한다.A
그 다음, 최종적으로 상기 금속전극막(21)의 소정영역에 레이저를 조사하여 금속전극막(21) 일부를 식각하여 패터닝함으로써 태양전지를 전기적으로 직렬로 연결시켜 집적형 태양전지를 형성하게 된다. Finally, a predetermined region of the
그러나, 상기 레이저 조사를 통한 패터닝시에, 금속 전극막의 일부분, 즉 소정영역이 기체로 변화할 정도의 에너지가 흡수되면 열전도에 의해 주변물질의 온도로 상승하게 되고, 낮은 금속의 경우에는 녹아 액체 상태로 변하는 것이다. 액체 상태로 변한 금속전극막(21)은 패터닝시에 흘러서, 도 1에 도시된 "A"부에서와 같이, 금속전극막(21)의 일부분이, 그 아래의 투명전극(13)과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키게 된다. However, at the time of patterning through the laser irradiation, when a part of the metal electrode film, that is, an energy enough to change a predetermined region to a gas is absorbed, the temperature rises to the temperature of the surrounding material by heat conduction. . The
한편, 도 2에 도시된 "B"부에서와 같이, 레이저 패터닝에 의해 금속전극막 (21) 식각시에, 금속전극막(21)이 폭발할 때 완전히 제거되지 않은 금속파편(21b)이 투명전극막(13)과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키기도 한다.On the other hand, when the
종래에는 이와 같은 결함을 제거하기 위해, 도 1 및 2에서와 같이, 전극(21)에 고전압(30)을 걸어 단락(short)을 발생시킨 작은 도체 부분을 주울열 (joule heating)로 가열 기화시켜 결함을 개선하는 단락 제거(shunt remover) 방법이 제안되었다. 특히, 도 1에서와 같이, 패터닝시에 용융되어 흘러 내린 금속(21a)에 의해 전기적으로 연결된 경우, 및 도 2에서와 같이 패터닝시에 완전 제거되지 않은 금속파편(21b)에 의해 전기적으로 연결된 경우에 고전압(30)을 전극(21) 간에 걸어 주는 방법이 제안되었다.Conventionally, in order to remove such defects, as shown in FIGS. 1 and 2, a small conductor portion which generates a short by applying a
그러나, 이러한 경우에 저저항을 일으키는 결함 부분이 용융 기화하여 없어 지기 위해서는 상당한 양의 주울(joule)열이 발생해야 한다.However, in such a case, a considerable amount of joule heat must be generated in order to melt and vaporize defective portions causing low resistance.
종래의 결함 제거방법의 경우에는 단락(short)을 발생시킨 금속 부분이 매우 작아 저항이 충분히 커서 주울 열이 충분히 발생하는 부분만 리페어 (repair)가 가능하고, 레이저 스크라이빙(laser scribing) 중 금속층 패터닝 결함에 의한 단락의 경우에만 적용된다. 즉, 리페어가 가능한 결함의 종류도 금속층 레이저 패터닝에 의한 일부분이 결함에 국한된다.In the case of the conventional defect removal method, since the metal portion generating the short is very small, the resistance is sufficiently large, so that only the portion where the joule heat is sufficiently generated can be repaired and the metal layer in the laser scribing It is applied only in case of short circuit due to patterning defect. That is, the types of defects that can be repaired are limited to defects in part by metal layer laser patterning.
종래의 단락 제거기(shunt remover)는, 저항이 작은 결함의 경우에는 주울(joule) 열이 충분히 발생하지 않아 금속을 녹이고 기화시키지 못하기 때문에 리페어(repair)가 가능하지 않게 된다. 특히, 작은 결함이 여러 개가 있는 경우에도 전체적으로 저항이 작기 때문에 단락 제거기(shunt remover)의 파워 (power)가 충분치 못하면 결함 제거가 잘 이루어지지 않는다. Conventional shunt removers do not allow joule heat to be generated due to insufficient melting of the metal and fail to vaporize the metal, so that repair is not possible. Particularly, even if there are several small defects, since the resistance is small as a whole, if the power of the shunt remover is insufficient, defect removal is not performed well.
그러나, 금속을 용융 기화시키기에 불충분한 주울(joule) 열이 발생하게 되면, 저항이 작은 결함의 경우에 리페어가 불가능한데, 이러한 결함이 오히려 저항이 작으므로 치명적인 결함이 된다.However, if joule heat is insufficient to melt the metal, it is impossible to repair in the case of small defects, which is a fatal defect due to the small resistance.
이러한 경우에 저저항을 일으키는 결함 부분이 용융 기화하여 없어지기 위해서는 상당한 양의 주울(joule)열이 발생해야 한다.In this case, a considerable amount of joule heat must be generated in order to melt and vaporize defective portions causing low resistance.
따라서, 종래의 경우에는, 결함이 심각할수록, 즉 저항이 낮을수록 결함 부분에서 발생하는 주울(joule) 열은 작아지고, 결함이 용융되지 않으므로 제거될 수 없는 문제가 있었다.Therefore, in the conventional case, there is a problem that the more serious the defect, that is, the lower the resistance, the smaller the joule heat generated in the defect portion and the defect can not be removed because the defect is not melted.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 패터닝 또는 증착공정 등의 공정시에 발생하여 박막 태양전지의 효율을 감소시키는 결함의 위치를 검출하여 리페어시켜 줌으로써 박막 태양전지의 효율 및 생산성을 개선시킬 수 있는 박막 태양전지의 리페어장치 및 리페어방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for detecting the position of a defect that occurs during a process such as a laser patterning or a deposition process, Which is capable of improving the efficiency and productivity of a thin film solar cell.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어장치는, 결함이 발생한 태양전지 셀; 상기 태양전지 셀에 고전압을 인가해 주는 고전압 공급부; 상기 태양전지 셀의 결함을 감지하는 적외선 센서부; 상기 적외선 센서의 스캐닝을 통해 감지된 결함정보를 저장하는 결함정보 메모리부; 및 상기 결함정보 메모리부로부터 결함정보를 수신하여 이 결함정보에 따라 결함 위치에 레이저광을 조사하여 결함 부분을 제거하는 레이저광 조사부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thin film solar cell repair apparatus comprising: a defective photovoltaic cell; A high voltage supply unit for applying a high voltage to the solar cell; An infrared sensor unit for detecting a defect of the solar cell; A defect information memory unit for storing defect information detected through the scanning of the infrared sensor; And a laser light irradiating unit for receiving defect information from the defect information memory unit and irradiating a defect position with laser light according to the defect information to remove a defect part.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어 방법은, 결함이 발생한 태양전지 셀을 제공하는 단계; 상기 태양전지 셀에 고전압을 인가해 주는 단계; 적외선 센서를 통해 상기 태양전지 셀을 스캐닝하여 결함부분을 감지하는 단계; 상기 적외선 센서의 스캐닝을 통해 감지된 결함정보를 저장하는 단계; 및 상기 결함정보 메모리부로부터 결함정보를 수신하여 이 결함정보에 따라 결함 위치 에 레이저광을 조사하여 결함 부분을 제거하여 리페어하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thin film solar cell repair method comprising: providing a defective photovoltaic cell; Applying a high voltage to the solar cell; Scanning the solar cell through an infrared sensor to detect a defective part; Storing the detected defect information through the scanning of the infrared sensor; And receiving defect information from the defect information memory unit and irradiating the defect position with laser light according to the defect information to remove and repair the defect.
본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어장치 및 리페어방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.The thin film solar cell repair apparatus and the repair method according to the present invention have the following effects.
본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어장치 및 리페어방법은, 전기적으로 연결된 결함 부분에 고전압을 걸어 준 상태에서 단락된 부분에 흐르는 전류에 의해 열이 발생하는 것을 열화상 촬영 카메라를 이용하여 결함 부분의 위치를 쉽게 감지할 수 있다. 즉, 기존의 고전압을 걸어 주어 전기적으로 연결된 결함 부분을 태워 없애는 방식을 이용한 단락 제거장치에 비해 훨씬 큰 결함, 즉 저항이 상대적으로 작아서 열이 적게 발생하여 용융기화되지 않는 결함이라도 열화상 카메라에서는 수십도 정도의 온도 상승만 있어도 정확히 검출된다.The thin film solar cell repairing apparatus and the repairing method according to the present invention are characterized in that heat is generated by a current flowing in a short-circuited part in a state where a high voltage is applied to a defective part electrically connected to the defective part, Can be easily detected. In other words, even if a defect is generated that is much smaller than a short circuit removal device using a conventional method of applying a high voltage to burn out a defective part electrically connected thereto, that is, the resistance is relatively small, Even when the temperature rises to a certain degree.
또한, 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어장치 및 리페어방법은, 열화상 촬영 카메라를 이용하여 결함 부분의 위치를 감지하여, 이렇게 감지된 결함 부분에 투명 전도성 산화막(TCO)이 흡수하는 파장영역의 IR 레이저광을 조사하거나, 흡수층인 비정질실리콘층(a-Si:H)이 흡수하는 파장영역인 그린(green) 레이저 광을 조사하거나, 또는 상기 투명 전도성 산화막(TCO)이 흡수하는 파장영역의 IR 레이저광이나 흡수층인 비정질실리콘층(a-Si:H)이 흡수하는 파장영역인 그린(green) 레이저 광을 순차적으로 조사하여 상기 결함 부분인 투명 전도성 산화막 (TCO) 부분을 제거함으로써 결함 부분을 쉽게 리페어할 수 있다.The thin film solar cell repairing apparatus and the repairing method according to the present invention detect the position of a defective portion by using a thermal imaging camera, and detect the IR of a wavelength region absorbed by the transparent conductive oxide film (TCO) A laser light in a wavelength range in which the amorphous silicon layer (a-Si: H), which is an absorbing layer, is absorbed by the transparent conductive oxide film (TCO) Green laser light which is a wavelength region absorbed by the amorphous silicon layer (a-Si: H), which is a light absorbing layer, is successively irradiated to remove the transparent conductive oxide film (TCO) can do.
따라서, 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어장치 및 리페어방법은, 적외선 검출기를 사용하여 절연성이 나쁜 부분, 즉 단락된 부분을 정밀하게 검출할 수 있으므로 셀의 주요 결함을 쉽게 검출할 수 있고, 레이저를 이용하여 투명 전도성 산화막(TCO)이나 금속층을 제거하기 때문에 리페어 자체의 수율도 매우 증대시킬 수 있다.Therefore, the thin film solar cell repair apparatus and the repair method according to the present invention can accurately detect main defects of a cell because a defective part, that is, a short-circuited part can be accurately detected by using an infrared detector, Since the transparent conductive oxide film (TCO) and the metal layer are removed by using the transparent conductive oxide film, the yield of the repair itself can be greatly increased.
그러므로, 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어장치 및 리페어방법은, 리페어 자체의 수율도 증대되기 때문에 박막 태양전지의 생산성이 증가될 수 있다.Therefore, in the thin film solar cell repair apparatus and the repair method according to the present invention, the productivity of the thin film solar cell can be increased because the yield of the repair itself is also increased.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 태양전지 리페어장치 및 리페어 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a thin film solar cell repair apparatus and a repair method according to preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 태양전지 리페어장치 및 리페어방법을 설명하기 위한 리페어 공정 흐름도이다.3 is a flowchart of a repair process for explaining a thin film solar cell repair apparatus and a repair method according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어장치는, 결함이 발생한 태양전지 셀과; 상기 태양전지 셀에 고전압을 인가해 주는 고전압 공급부와; 상기 태양전지 셀의 결함을 감지하는 적외선 센서부와; 상기 적외선 센서부의 적외선 카메라의 스캐닝을 발열 부위를 검출하여 이 검출된 결함 정보를 전송하여 저장하는 결함정보 메모리부; 및 상기 결함정보 메모리부로부터 결함정보를 수신하여 이 결함정보에 따라 결함 위치에 레이저광을 조사하여 결함 부분을 제거하는 레이저광 조사부;를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 3, the thin film solar cell repair apparatus according to the present invention includes: a defective solar cell; A high voltage supply unit for applying a high voltage to the solar cell; An infrared sensor unit for detecting defects of the solar cell; A defect information memory unit for detecting a heat generation site by scanning an infrared camera of the infrared sensor unit and transmitting and storing the detected defect information; And a laser light irradiating unit for receiving the defect information from the defect information memory unit and irradiating laser light to the defect position according to the defect information to remove the defect part.
여기서, 상기 태양전지 셀은 a-Si 합금(alloy) 계열, μc-Si 합금 계열, CdTe 계열, CIS, CICS 계열의 태양전지를 포함한다.Here, the solar cell includes an a-Si alloy series, a μc-Si alloy series, a CdTe series, a CIS, and a CICS series solar cell.
또한, 상기 적외선 센서부의 적외선 카메라는 흑체 온도 30∼900℃ 정도의 범위를 감지한다.In addition, the infrared camera of the infrared sensor unit senses a blackbody temperature range of about 30 to 900 占 폚.
그리고, 상기 고전압공급부는 DC 또는 AC 전압을 포함하며, 피크(peak) 전압은 셀과 셀 사이에 약 1∼10 V 범위의 전압을 인가해 준다. 이때, 상기 고전압 공급부는 고전압을 태양전지 셀 전체에 인가하거나, 셀과 셀 사이에 인가해 준다.The high voltage supply unit includes a DC or AC voltage, and a peak voltage applies a voltage in a range of about 1 to 10 V between the cell and the cell. At this time, the high voltage supply unit applies a high voltage to the entire solar cell or between the cell and the cell.
또한, 상기 결함정보 메모리부는 결함정보의 발열온도, 위치, 크기, 모양 및 주변 위치에 따른 결함 별로 분류하여 저장한다.In addition, the defect information memory unit stores the defect information according to the defect temperature according to the temperature, position, size, shape, and peripheral position of the defect information.
더욱이, 상기 레이저광으로는 투명전극이 흡수하는 IR (900nm 이상 파장대) 레이저광을 사용하거나, 흡수층이 흡수하는 청색(510∼550 nm) 레이저광을 사용하거나 또는 이들 IR 레이저광과 청색 레이저광을 병행하여 사용한다. 이때, 상기 IR 레이저광과 청색 레이저광을 병행하여 사용하는 경우에, 1차로 IR 레이저광을 이용하여 투명전극 부분을 제거하고, 2차로 청색 레이저광을 이용하여 흡수층 부분을 제거한다.Further, the laser light may be an IR (900 nm or more wavelength) laser light absorbed by the transparent electrode, a blue (510 to 550 nm) laser light absorbed by the absorption layer, Used in parallel. At this time, when the IR laser light and the blue laser light are used in parallel, the transparent electrode portion is first removed by using the IR laser light, and the absorbing layer portion is removed by using the second blue laser light.
본 발명에 따른 박막 태양전지 제조시에, 금속전극막의 소정영역에 레이저를 조사하여 금속전극막 일부를 식각하여 패터닝함으로써 태양전지를 전기적으로 직렬로 연결시켜 집적형 태양전지를 형성한다. 이때, 레이저 패터닝시에, 금속전극막의 일부분이 그 아래의 투명전극과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키거나, 금속전극막이 폭발할 때 완전히 제거되지 않은 금속파편이 투명전극과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키게 되거나 또는, 핀홀 (pinhole) 이나 크랙(crack) 등의 결함이 발생 하게 된다.In manufacturing a thin film solar cell according to the present invention, a predetermined area of the metal electrode film is irradiated with a laser to etch and pattern a part of the metal electrode film, thereby electrically connecting the solar cells electrically in series to form an integrated solar cell. At this time, at the time of laser patterning, a part of the metal electrode film is electrically connected to the transparent electrode below it to cause defects, or metal fragments which are not completely removed when the metal electrode film is exploded are electrically connected to the transparent electrode to cause defects Or a defect such as a pinhole or a crack is generated.
이렇게 레이저 패터닝시에 발생하는 결함이나, 핀홀 또는 크랙 등의 결함이 발생한 박막 태양전지 셀은 이러한 결함들로 인해 태양전지의 효율이 크게 감소하게 된다.In such a thin film solar cell in which defects such as pinholes or cracks are generated during laser patterning, the efficiency of the solar cell is greatly reduced due to such defects.
따라서, 태양전지의 효율을 개선시키기 위해서는, 전술한 리페어장치를 통해 이러한 결함들을 리페어(repair) 가공하여 제거해야 한다.Therefore, in order to improve the efficiency of the solar cell, these defects must be repaired and removed through the above-described repair apparatus.
전술한 리페어장치를 통해 이러한 결함들을 가공하는 공정에 대해 도 3을 통해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.A process for machining such defects through the above-described repair apparatus will be schematically described with reference to FIG. 3 as follows.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 단계(S10)로서, 이러한 결함들을 리페어하기 위해, 먼저 다수의 결함이 발생한 태양전지 셀을 준비한다. 여기서는, 리페어 패터닝시에 발생하는 결함을 리페어하는 방법에 대해 중심으로 설명하기로 한다.As shown in Fig. 3, as a first step (S10), in order to repair these defects, a plurality of defective solar cell cells are prepared first. Here, a method for repairing defects occurring at the time of repair patterning will be mainly described.
그 다음, 제2 단계(S20)로서, 금속전극과 투명전극 간 전기적 연결이 된 결함 부분을 포함한 태양전지 셀 전체에 고전압을 인가해 준다. 이때, 레이저 패터닝시에 발생한 결함 부분에 고전압을 인가했을 때 이 결함 부분에 비정상적으로 온도가 상승하게 된다. 또한, 핀홀(pinhole)이나 크랙(crack) 등의 결함에 고전압이 인가되면, 흡수층을 통하여 흐르는 전류에 의한 주울열(joule heating)에 의해 이 결함 부분에 온도가 비정상적으로 상승하게 된다. Next, as a second step S20, a high voltage is applied to the entire solar cell including a defective portion electrically connected between the metal electrode and the transparent electrode. At this time, when a high voltage is applied to a defect portion generated during laser patterning, the temperature abnormally rises in the defect portion. Further, when a high voltage is applied to a defect such as a pinhole or a crack, the temperature abnormally rises in the defective portion due to joule heating caused by the current flowing through the absorbing layer.
이어서, 제3 단계(S30)로서, 태양전지 셀의 결함 부분을 감지하기 위해, 적외선 센서를 이용하여 태양전지 셀 전체를 일정 방향으로 이동하면서 스캐닝한다. 이때, 상기 적외선 센서는 열 화상을 촬영하는 카메라를 사용하는데, 이 열 화상 촬영 카메라는 금속의 용융 온도인 600∼900℃ 이하 온도라도 쉽게 감지하는 특성을 갖고 있다. 즉, 상기 열 화상 촬영 카메라는 기존의 고전압을 걸어 주어 전기적으로 연결된 결함 부분을 태워 없애는 장비에 비해 훨씬 큰 결함, 즉 저항이 상대적으로 작아서 열이 적게 발생하여 용융기화되지 않는 결함이라도 열 화상 카메라에서는 수십 도 정도의 온도상승만 있어도 정확히 검출한다.Next, as a third step S30, the entire solar cell is scanned while moving in a predetermined direction by using an infrared sensor to detect a defective portion of the solar cell. At this time, the infrared sensor uses a camera for capturing a thermal image, which has a characteristic of easily detecting a temperature of 600 to 900 DEG C or less, which is a melting temperature of a metal. That is, the thermal imaging camera has a much larger defect than a device that burns a defective part electrically connected by applying a conventional high voltage, that is, even if the resistance is relatively small so that less heat is generated, Even if there is only a temperature rise of several tens of degrees, it is detected accurately.
그 다음, 제4, 5 단계(S40, S50)로서, 태양전지 셀 전체에 일정한 방향으로 적외선 센서를 스캐닝하면서, 일정 온도 이상으로 상승하는 결함 부분을 감지하고, 이 감지된 결함 부분의 위치 정보를 위치 정보 메모리부로 전송한다. Next, as the fourth and fifth steps (S40, S50), a defect portion rising above a predetermined temperature is detected while scanning the infrared sensor in a predetermined direction over the entire solar cell, and the position information of the detected defect portion is detected To the position information memory unit.
이어서, 제6, 7 단계(S60, S70)로서, 상기 결함 부분의 위치 정보가 저장된 위치 정보 메모리부로부터 결함 부분의 결함정보를 수신하여, 이 수신된 결함부분에 IR 레이저 조사, 청색(green) 레이저 조사 또는 이들 레이저 조사를 혼합하여 리페어(repair) 공정을 수행한다. Next, in the sixth and seventh steps (S60, S70), the defect information of the defect portion is received from the position information memory portion in which the position information of the defect portion is stored, and the received defect portion is irradiated with IR laser, The laser irradiation or the laser irradiation is mixed to perform a repair process.
그 다음, 제 8 단계(S80)로서, 이렇게 결함부분에 IR 레이저 조사, 청색 (green) 레이저 조사 또는 이들 레이저 조사를 혼합하여 리페어(repair) 공정을 수행함으로써 결함 부분에 대한 리페어 공정을 완료한다. Then, as the eighth step (S80), the repair process for the defective portion is completed by mixing the defective portion with the IR laser, the green laser, or the laser irradiation and performing a repair process.
따라서, 이와 같이 적외선 센서 (즉, 적외선 검출기)를 사용하여 절연성이 나쁜 결함부분을 정밀하게 검출할 수 있으므로, 태양전지 셀의 주요 결함을 쉽게 검출할 수 있고, 레이저를 사용하여 투명전극이나 금속층을 제거하기 때문에 리페어 자체의 수율도 매우 높아진다. Therefore, defective portions with poor insulation can be accurately detected using the infrared ray sensor (i.e., infrared ray detector), so that major defects of the solar cell can be detected easily, and a transparent electrode or a metal layer Since the removal is performed, the yield of the repair itself becomes very high.
한편, 이와 같은 공정 순으로 진행되는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태 양전지 리페어 방법에 대해 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method of repairing a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4D.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 결함 셀 리페어방법을 설명하기 위한 리페어 공정 단면도이다.4A to 4D are sectional views of a repair process for explaining a defective cell repair method of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 태양전지 제조시에, 금속전극막(미도시)의 소정영역에 레이저를 조사하여 금속전극막(미도시) 일부를 식각하여 패터닝함으로써 태양전지를 전기적으로 직렬로 연결시켜 집적형 태양전지 셀(100)을 형성한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 레이저 패터닝시에 금속전극막의 일부분이 그 아래의 투명전극과 전기적으로 연결되어 제1 결함(105)을 일으키거나, 금속전극막이 폭발할 때 완전히 제거되지 않은 금속파편이 투명전극과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키게 되거나 또는, 핀홀(pinhole) 이나 크랙 (crack) 등의 제2 결함(110)이 발생하게 된다.4A, in manufacturing a thin film solar cell according to the present invention, a predetermined region of a metal electrode film (not shown) is irradiated with a laser to partially etch and pattern the metal electrode film (not shown) And are electrically connected in series to form an integrated
그 다음, 이러한 제1, 2 결함(105, 110)들을 리페어하기 위해, 먼저 다수의 결함이 발생한 태양전지 셀(100)을 준비한다. 이때, 상기 태양전지 셀은 a-Si 합금(alloy) 계열, μc-Si 합금 계열, CdTe 계열, CIS, CICS 계열의 태양전지를 포함한다.Then, in order to repair these first and
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 금속전극(미도시)과 투명전극(미도시) 간 전기적 연결이 된 결함(105, 110) 부분을 포함한 태양전지 셀(100) 전체에 고전압(미도시)을 인가해 준다. 이때, 레이저 패터닝시에 발생한 결함(105, 110) 부분에 고전압을 인가했을 때 이 결함(105) 부분에 비정상적으로 온도가 상승하게 된다. 또한, 핀홀(pinhole)이나 크랙(crack) 등의 결함(110)에 고전압이 인가되면, 흡수층(미도시)을 통하여 흐르는 전류에 의한 주울열(joule heating)에 의해 이 결함 부분에 온도가 비정상적으로 상승하게 된다. 이때, 상기 고전압은 DC 또는 AC 전압을 포함하며, 피크(peak) 전압은 셀과 셀 사이에 약 1∼10 V 범위의 전압을 인가해 준다. 이때, 상기 고전압 공급부는 고전압을 태양전지 셀 전체에 인가하거나, 셀과 셀 사이에 인가해 준다.4B, a high voltage (not shown) is applied to the entire
그 다음, 상기 태양전지 셀(100)의 결함(105, 110) 부분을 감지하기 위해, 적외선 센서(120)를 이용하여 태양전지 셀(100) 전체를 일정 방향, 즉 적외선 센서 (120)의 스캔방향(120a)으로 이동하면서 스캐닝한다. 이때, 상기 적외선 센서(120)는 열 화상을 촬영하는 카메라를 사용하는데, 이 열 화상 촬영 카메라는 금속의 용융 온도인 30∼900℃ 이하 온도라도 쉽게 감지하는 특성을 갖고 있다. 즉, 상기 열 화상 촬영 카메라는 기존의 고전압을 걸어 주어 전기적으로 연결된 결함 부분을 태워 없애는 장비에 비해 훨씬 큰 결함, 즉 저항이 상대적으로 작아서 열이 적게 발생하여 용융기화되지 않는 결함이라도 열 화상 카메라에서는 수십 도 정도의 온도상승만 있어도 정확히 검출한다. 특히, 단락된 부분에서 고전압하에서 발생된 주울열(joule heating)에 의한 온도 상승으로 인해 흑체복사 스펙트럼으로 복사되는 적외선(125)을 통해 결함 부분(105, 110)의 열 화상을 기록하여 비정상적인 온도가 높은 결함 부분(105, 110)의 위치를 측정한다. Next, in order to detect the
이어서, 이렇게 태양전지 셀(100) 전체에 일정한 방향으로 적외선 센서(120)를 스캐닝하면서, 일정 온도 이상으로 상승하는 결함 부분(105, 110)을 감지하여 측정한 후, 이 감지된 결함 부분의 위치 정보를 위치 정보 메모리부(미도시)로 전 송한다. After the
그 다음, 상기 결함 부분(105, 110)의 위치 정보가 저장된 위치 정보 메모리부로부터 결함 부분(105, 110)의 결함정보를 수신하여, 도 4c 및 도 4d에서와 같이, 이 수신된 결함부분(105, 110)에 리페어(repair) 공정을 수행한다. Next, defect information of the
이렇게 상기 위치 정보 메모리부로부터 수신된 결함부분(105, 110)에 리페어 공정을 수행하는 방법에 대해 도 4c 및 도 4d를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서는 도 4a의 "C"부에 도시된 결함부분(105)을 중심으로 설명하기로 한다. A method of performing the repair process on the
도 4c에 도시된 바와 같이, 먼저 투명기판(101) 위에 형성되는 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)로 구성된 투명전극막(미도시)에 레이저를 조사하여 제1 개구부(135)를 갖는 투명전극(133)이 형성된다.4C, a transparent electrode film (not shown) formed of a transparent conductive oxide (TCO) formed on the
또한, 상기 투명전극(133)을 포함한 투명기판(101) 상부에는 레이저 조사를 통해 식각되어 제2 개구부(139)를 구비한 태양전지용 흡수층(137)이 형성된다. The upper part of the
그리고, 상기 제 2 개구부(139)를 포함한 흡수층(137) 및 투명전극(133) 상부에는 레이저 조사를 통해 일부가 식각된 금속전극(141)이 형성되어져, 태양전지를 전기적으로 직렬로 연결시켜 집적형 태양전지가 형성된다. A
그러나, 도 4c에 도시된 바와 같이, 레이저 패터닝에 의해 금속전극막(141)이 식각시에, 금속전극막(141)이 폭발할 때 완전히 제거되지 않은 금속파편(141a)이 투명전극(133)과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키게 된다.4C, when
이렇게 금속파편(141a)이 투명전극(133)과 전기적으로 연결되어 결함부분 (105)을 발생시키게 되는데, 이 결함부분(105)을 리페어하기 위해, 전술한 바와 같 이, 태양전지 셀(100) 전체에 일정한 방향으로 적외선 센서(120)를 스캐닝하면서 일정 온도 이상으로 상승하는 결함 부분(105)을 감지하여 측정한 후, 이 감지된 결함 부분의 위치 정보를 위치 정보 메모리부(미도시)로 전송한다.The
이어서, 이 결함부분(105)를 리페어하기 위해, 위치 정보 메모리부(미도시)로부터 결함부분(105)의 위치 정보를 수신하여, 이 결함부분(105)의 위치에 대응되게 투명전극막(133)이 흡수하는 파장영역의 IR 레이저광(145)을 상기 금속파편 (141a) 주위를 포함한 결함부분(105), 즉 리페어 영역(150)에 조사하여 상기 투명 전극(133) 일부를 제거한다. 이때, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 제거되는 투명전극(133) 상부에 위치하는 흡수층(137) 및 금속전극막(141) 부분도 함께 제거된다. 이때, 상기 IR 레이저광(145)은 상기 투명전극(133)이 흡수하는 IR (900nm 이상 파장대) 레이저광을 사용한다.Subsequently, in order to repair the
이렇게 결함부분(105)에 IR 레이저광(145)을 조사하여 리페어(repair) 공정을 수행함으로써 결함 부분에 대한 리페어 공정을 완료한다. The repair process for the defective portion is completed by irradiating the
따라서, 이와 같이 적외선 센서 (즉, 적외선 검출기)를 사용하여 절연성이 나쁜 결함부분을 정밀하게 검출할 수 있으므로, 태양전지 셀의 주요 결함을 쉽게 검출할 수 있고, IR 레이저광을 사용하여 결함이 발생한 투명전극이나 금속전극 일부를 효과적으로 제거하기 때문에 리페어 자체의 수율도 매우 높아진다. Therefore, defective portions with poor insulation can be precisely detected by using the infrared ray sensor (i.e., infrared ray detector), so that main defects of the solar cell can be detected easily, Since the transparent electrode and the metal electrode are partially removed, the yield of the repair itself is extremely high.
또 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 태양전지 리페어 방법에 대해 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The method of repairing a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5D.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 태양전지의 결함 셀 리페어방법을 설명하기 위한 리페어 공정 단면도이다.5A to 5D are sectional views of a repair process for explaining a defective cell repair method of a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 태양전지 제조시에, 금속전극막(미도시)의 소정영역에 레이저를 조사하여 금속전극막(미도시) 일부를 식각하여 패터닝함으로써 태양전지를 전기적으로 직렬로 연결시켜 집적형 태양전지 셀(200)을 형성한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 레이저 패터닝시에 금속전극막의 일부분이 그 아래의 투명전극과 전기적으로 연결되어 제1 결함(205)을 일으키거나, 금속전극막이 폭발할 때 완전히 제거되지 않은 금속파편이 투명전극과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키게 되거나 또는, 핀홀(pinhole) 이나 크랙 (crack) 등의 제2 결함(210)이 발생하게 된다.5A, in manufacturing a thin film solar cell according to the present invention, a predetermined region of a metal electrode film (not shown) is irradiated with laser to partially etch and pattern the metal electrode film (not shown) And are electrically connected in series to form an integrated
그 다음, 이러한 제1, 2 결함(205, 210)들을 리페어하기 위해, 먼저 다수의 결함이 발생한 태양전지 셀(200)을 준비한다. 이때, 상기 태양전지 셀은 a-Si 합금(alloy) 계열, μc-Si 합금 계열, CdTe 계열, CIS, CICS 계열의 태양전지를 포함한다.Then, in order to repair these first and
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 금속전극(미도시)과 투명전극(미도시) 간 전기적 연결이 된 결함(205, 210) 부분을 포함한 태양전지 셀(200) 전체에 고전압(미도시)을 인가해 준다. 이때, 레이저 패터닝시에 발생한 결함(205, 210) 부분에 고전압을 인가했을 때 이 결함(205) 부분에 비정상적으로 온도가 상승하게 된다. 또한, 핀홀(pinhole)이나 크랙(crack) 등의 결함(210)에 고전압이 인가되면, 흡수층(미도시)을 통하여 흐르는 전류에 의한 주울열(joule heating)에 의해 이 결함 부분에 온도가 비정상적으로 상승하게 된다. 5B, a high voltage (not shown) is applied to the entire
그 다음, 상기 태양전지 셀(200)의 결함(205, 210) 부분을 감지하기 위해, 적외선 센서(220)를 이용하여 태양전지 셀(200) 전체를 일정 방향, 즉 적외선 센서 (220)의 스캔방향(220a)으로 이동하면서 스캐닝한다. 이때, 상기 적외선 센서(220)는 열 화상을 촬영하는 카메라를 사용하는데, 이 열 화상 촬영 카메라는 금속의 용융 온도인 30∼900℃ 이하 온도라도 쉽게 감지하는 특성을 갖고 있다. 즉, 상기 열 화상 촬영 카메라는 기존의 고전압을 걸어 주어 전기적으로 연결된 결함 부분을 태워 없애는 장비에 비해 훨씬 큰 결함, 즉 저항이 상대적으로 작아서 열이 적게 발생하여 용융기화되지 않는 결함이라도 열 화상 카메라에서는 수십 도 정도의 온도상승만 있어도 정확히 검출한다. 특히, 단락된 부분에서 고전압하에서 발생된 주울열(joule heating)에 의한 온도 상승으로 인해 흑체복사 스펙트럼으로 복사되는 적외선을 통해 결함 부분(205, 210)의 열 화상을 기록하여 비정상적인 온도가 높은 결함 부분(205, 210)의 위치를 측정한다. Next, in order to detect
이어서, 이렇게 태양전지 셀(200) 전체에 일정한 방향으로 적외선 센서(220)를 스캐닝하면서, 일정 온도 이상으로 상승하는 결함 부분(205, 210)을 감지하여 측정한 후, 이 감지된 결함 부분의 위치 정보를 위치 정보 메모리부(미도시)로 전송한다. Then, the
그 다음, 상기 결함 부분(205, 210)의 위치 정보가 저장된 위치 정보 메모리부로부터 결함 부분(205, 210)의 결함정보를 수신하여, 도 5c 및 도 5d에서와 같이, 이 수신된 결함부분(205, 210)에 리페어(repair) 공정을 수행한다. Next, defect information of the
이렇게 상기 위치 정보 메모리부로부터 수신된 결함부분(205, 210)에 리페어 공정을 수행하는 방법에 대해 도 5c 및 도 5d를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서는 도 5a의 "D"부에 도시된 결함부분(205)을 중심으로 설명하기로 한다. A method of performing the repair process on the
도 5c에 도시된 바와 같이, 먼저 투명기판(201) 위에 형성되는 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)로 구성된 투명전극막(미도시)에 레이저를 조사하여 제1 개구부(235)를 갖는 투명전극(233)이 형성된다.5C, a transparent electrode film (not shown) formed of a transparent conductive oxide (TCO) formed on a
또한, 상기 투명전극(233)을 포함한 투명기판(201) 상부에는 레이저 조사를 통해 식각되어 제2 개구부(239)를 구비한 태양전지용 흡수층(237)이 형성된다. An upper portion of the
그리고, 상기 제 2 개구부(239)를 포함한 흡수층(237) 및 투명전극(233) 상부에는 레이저 조사를 통해 일부가 식각된 금속전극막(241)이 형성되어져, 태양전지를 전기적으로 직렬로 연결시켜 집적형 태양전지가 형성된다. A
그러나, 도 5c에 도시된 바와 같이, 레이저 패터닝에 의해 금속전극막(241)이 식각시에, 금속전극막(241)이 폭발할 때 완전히 제거되지 않은 금속파편(241a)이 투명전극(233)과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키게 된다.5C, when the
이렇게 금속파편(241a)이 투명전극(233)과 전기적으로 연결되어 결함부분 (205)을 발생시키게 되는데, 이 결함부분(205)을 리페어하기 위해, 전술한 바와 같이, 태양전지 셀(200) 전체에 일정한 방향으로 적외선 센서(220)를 스캐닝하면서 일정 온도 이상으로 상승하는 결함 부분(205)을 감지하여 측정한 후, 이 감지된 결함 부분의 위치 정보를 위치 정보 메모리부(미도시)로 전송한다.The
이어서, 이 결함부분(205)를 리페어하기 위해, 위치 정보 메모리부(미도시)로부터 결함부분(205)의 위치 정보를 수신하여, 이 결함부분(205)의 위치에 대응되 게 흡수층(237)이 흡수하는 파장영역의 청색(green) 레이저광(245)을 상기 금속파편(241a) 주위를 포함한 결함부분(205), 즉 리페어 영역(250)에 조사하여 상기 흡수층(237) 일부를 제거한다. 이때, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 제거된 흡수층(237) 상부에 위치하는 금속전극막(241) 부분도 함께 제거된다. 이때, 상기 청색 레이저광(245)은 상기 흡수층(237)이 흡수하는 청색 (510∼550 nm 파장대) 레이저광을 사용한다.Subsequently, in order to repair the
이렇게 결함부분(205)에 청색 레이저광(245)을 조사하여 리페어(repair) 공정을 수행함으로써 결함 부분에 대한 리페어 공정을 완료한다. The repair process for the defective portion is completed by irradiating the
따라서, 이와 같이 적외선 센서 (즉, 적외선 검출기)를 사용하여 절연성이 나쁜 결함부분을 정밀하게 검출할 수 있으므로, 태양전지 셀의 주요 결함을 쉽게 검출할 수 있고, 청색(green) 레이저광을 사용하여 결함이 발생한 투명전극이나 금속전극막 일부를 효과적으로 제거하기 때문에 리페어 자체의 수율도 매우 높아진다. Therefore, defective portions with poor insulation can be accurately detected by using the infrared ray sensor (i.e., infrared ray detector), so that the main defects of the solar cell can be detected easily, and using the green laser light The defective transparent electrode or a part of the metal electrode film is effectively removed, so that the yield of the repair itself is extremely high.
또 한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 태양전지 리페어 방법에 대해 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The method for repairing a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 6A to 6E.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 태양전지의 결함 셀 리페어방법을 설명하기 위한 리페어 공정 단면도이다.6A to 6E are sectional views of a repair process for explaining a defect cell repair method of a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 태양전지 제조시에, 금속전극막(미도시)의 소정영역에 레이저를 조사하여 금속전극막(미도시) 일부를 식각하여 패터닝함으로써 태양전지를 전기적으로 직렬로 연결시켜 집적형 태양전지 셀(300)을 형성한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 레이저 패터닝시에 금속전극막의 일부분이 그 아래의 투명전극과 전기적으로 연결되어 제1 결함(305)을 일으키거나, 금속전극막이 폭발할 때 완전히 제거되지 않은 금속파편이 투명전극과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키게 되거나 또는, 핀홀(pinhole) 이나 크랙 (crack) 등의 제2 결함(310)이 발생하게 된다.6A, in manufacturing a thin film solar cell according to the present invention, a predetermined region of a metal electrode film (not shown) is irradiated with a laser to partially etch and pattern the metal electrode film (not shown) And are electrically connected in series to form an integrated
그 다음, 이러한 제1, 2 결함(305, 310)들을 리페어하기 위해, 먼저 다수의 결함이 발생한 태양전지 셀(300)을 준비한다. 이때, 상기 태양전지 셀은 a-Si 합금(alloy) 계열, μc-Si 합금 계열, CdTe 계열, CIS, CICS 계열의 태양전지를 포함한다.Then, in order to repair these first and
이어서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 금속전극(미도시)과 투명전극(미도시) 간 전기적 연결이 된 결함(305, 310) 부분을 포함한 태양전지 셀(300) 전체에 고전압(미도시)을 인가해 준다. 이때, 레이저 패터닝시에 발생한 결함(305, 310) 부분에 고전압을 인가했을 때 이 제1 결함(305) 부분에 비정상적으로 온도가 상승하게 된다. 또한, 핀홀(pinhole)이나 크랙(crack) 등의 제2 결함(310)에 고전압이 인가되면, 흡수층(미도시)을 통하여 흐르는 전류에 의한 주울열(joule heating)에 의해 이 결함 부분에 온도가 비정상적으로 상승하게 된다. 6B, a high voltage (not shown) is applied to the entire
그 다음, 상기 태양전지 셀(300)의 결함(305, 310) 부분을 감지하기 위해, 적외선 센서(320)를 이용하여 태양전지 셀(300) 전체를 일정 방향, 즉 적외선 센서 (220)의 스캔방향(220a)으로 이동하면서 스캐닝한다. 이때, 상기 적외선 센서(320)는 열 화상을 촬영하는 카메라를 사용하는데, 이 열 화상 촬영 카메라는 금속의 용 융 온도인 300∼900℃ 이하 온도라도 쉽게 감지하는 특성을 갖고 있다. 즉, 상기 열 화상 촬영 카메라는 기존의 고전압을 걸어 주어 전기적으로 연결된 결함 부분을 태워 없애는 장비에 비해 훨씬 큰 결함, 즉 저항이 상대적으로 작아서 열이 적게 발생하여 용융기화되지 않는 결함이라도 열 화상 카메라에서는 수십 도 정도의 온도상승만 있어도 정확히 검출한다. 특히, 단락된 부분에서 고전압하에서 발생된 주울열(joule heating)에 의한 온도 상승으로 인해 흑체복사 스펙트럼으로 복사되는 적외선을 통해 결함 부분(305, 310)의 열 화상을 기록하여 비정상적인 온도가 높은 결함 부분(305, 310)의 위치를 측정한다. Next, in order to detect
이어서, 이렇게 태양전지 셀(300) 전체에 일정한 방향으로 적외선 센서(320)를 스캐닝하면서, 일정 온도 이상으로 상승하는 결함 부분(305, 310)을 감지하여 측정한 후, 이 감지된 결함 부분의 위치 정보를 위치 정보 메모리부(미도시)로 전송한다. Then, the
그 다음, 상기 결함 부분(305, 310)의 위치 정보가 저장된 위치 정보 메모리부로부터 결함 부분(305, 310)의 결함정보를 수신하여, 도 6d 및 도 6e에서와 같이, 이 수신된 결함부분(305, 310)에 리페어(repair) 공정을 수행한다. Next, defect information of the
이렇게 상기 위치 정보 메모리부로부터 수신된 결함부분(305, 310)에 리페어 공정을 수행하는 방법에 대해 도 6c 및 도 6e를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서는 도 6a의 "E"부에 도시된 결함부분(305)을 중심으로 설명하기로 한다. A method of performing the repair process on the
도 6c에 도시된 바와 같이, 먼저 투명기판(301) 위에 형성되는 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)로 구성된 투명전극막(미도시)에 레이 저를 조사하여 제1 개구부(335)를 갖는 투명전극(333)이 형성된다.6C, a transparent electrode film (not shown) formed of a transparent conductive oxide (TCO) formed on a
또한, 상기 투명전극(333)을 포함한 투명기판(301) 상부에는 레이저 조사를 통해 식각되어 제2 개구부(339)를 구비한 태양전지용 흡수층(337)이 형성된다. An upper portion of the
그리고, 상기 제 2 개구부(339)를 포함한 흡수층(337) 및 투명전극(333) 상부에는 레이저 조사를 통해 일부가 식각된 금속전극막(341)이 형성되어져, 태양전지를 전기적으로 직렬로 연결시켜 집적형 태양전지가 형성된다. A
그러나, 도 6c에 도시된 바와 같이, 레이저 패터닝에 의해 금속전극막(341) 식각시에, 금속전극막(341)이 폭발할 때 완전히 제거되지 않은 금속파편(341a)이 투명전극(333)과 전기적으로 연결되어 결함을 일으키게 된다. 6C, when the
이렇게 금속파편(341a)이 투명전극(333)과 전기적으로 연결되어 결함부분 (305)을 발생시키게 되는데, 이 결함부분(305)을 리페어하기 위해, 전술한 바와 같이, 태양전지 셀(300) 전체에 일정한 방향으로 적외선 센서(320)를 스캐닝하면서 일정 온도 이상으로 상승하는 결함 부분(305)을 감지하여 측정한 후, 이 감지된 결함 부분의 위치 정보를 위치 정보 메모리부(미도시)로 전송한다.The
이어서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 이 결함부분(305)를 리페어하기 위해, 위치 정보 메모리부(미도시)로부터 결함부분(305)의 위치 정보를 수신하여, 투명전극(333)이 흡수하는 파장영역의 IR 레이저광(345)을 상기 금속파편(341a)을 포함한 결함부분(305), 즉 제1 리페어영역(350)에 조사하여 상기 투명전극(333) 부분을 제거한다. 이때, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 제거된 투명전극막(333) 상부에 위치하는 흡수층(337) 및 금속전극(341) 부분도 함께 제거된다. 이때, 상기 IR 레 이저광(345)은 상기 투명전극(333)이 흡수하는 청색 (900 nm 이상 파장대) 레이저광을 사용한다.Subsequently, as shown in Fig. 6C, in order to repair the
그 다음, 도 6d에 도시된 바와 같이, IR 레이저광(345)을 조사하여 상기 투명전극(333) 부분을 포함한 그 상부의 막들을 제거한 후, 더 넓은 면적인 제1 개구부(335)를 통해 투명기판(301)과 접촉되는 흡수층(337) 부분을 포함한 제2 리페어영역(355)에 상기 흡수층(337)인 비정질실리콘(a-Si:H)이 흡수하는 파장영역의 청색 (green) 레이저광(265)을 조사하여, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 흡수층 (337) 부분을 제거한다. 이때, 상기 제거된 흡수층(337) 부분 상부에 위치하는 금속전극(341) 부분도 함께 제거된다. 이때, 상기 청색 레이저광(365)은 상기 흡수층 (337)이 흡수하는 청색 (510∼550 nm 파장대) 레이저광을 사용한다.6D, the upper portion of the
이렇게 하여, 결함부분(305)에 IR 레이저광(345)과 청색 레이저광(365)을 차례로 조사하여 리페어(repair) 공정을 수행함으로써 결함 부분에 대한 리페어 공정을 완료한다.In this way, the repair process for the defective portion is completed by sequentially irradiating the
따라서, 이와 같이 적외선 센서 (즉, 적외선 검출기)를 사용하여 절연성이 나쁜 결함부분을 정밀하게 검출할 수 있으므로, 태양전지 셀의 주요 결함을 쉽게 검출할 수 있고, IR 레이저광(345)과 청색 레이저광(365)을 사용하여 결함이 발생한 투명전극(333)이나 금속전극막(341) 부분을 제거하기 때문에 리페어 자체의 수율도 매우 높아진다.Therefore, defective parts with poor insulation can be accurately detected using the infrared ray sensor (i.e., infrared ray detector), so that major defects of the solar cell can be detected easily, and the
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어 방법은, 전기적으로 연결된 결함 부분에 고전압을 걸어 준 상태에서 단락된 부분에 흐르는 전류에 의해 열이 발생하는 것을 열화상 촬영 카메라를 이용하여 결함 부분의 위치를 쉽게 감지할 수 있다. 즉, 기존의 고전압을 걸어 주어 전기적으로 연결된 결함 부분을 태워 없애는 방식을 이용한 단락 제거장치에 비해 훨씬 큰 결함, 즉 저항이 상대적으로 작아서 열이 적게 발생하여 용융기화되지 않는 결함이라도 열화상 카메라에서는 수십도 정도의 온도 상승만 있어도 정확히 검출된다.As described above, the thin film solar cell repairing method according to the present invention is characterized in that heat is generated by a current flowing in a short-circuited part in a state where a high voltage is applied to a defective part electrically connected to the defective part Can be easily detected. In other words, even if a defect is generated that is much smaller than a short circuit removal device using a conventional method of applying a high voltage to burn out a defective part electrically connected thereto, that is, the resistance is relatively small, Even when the temperature rises to a certain degree.
또한, 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어방법은, 열화상 촬영 카메라를 이용하여 결함 부분의 위치를 감지하여, 이렇게 감지된 결함 부분에 투명 전도성 산화막(TCO)이 흡수하는 파장영역의 IR 레이저광을 조사하거나, 흡수층인 비정질실리콘층(a-Si:H)이 흡수하는 파장영역인 그린(green) 레이저 광을 조사하거나, 또는 상기 투명 전도성 산화막(TCO)이 흡수하는 파장영역의 IR 레이저광이나 흡수층인 비정질실리콘층(a-Si:H)이 흡수하는 파장영역인 그린(green) 레이저 광을 순차적으로 조사하여 상기 결함 부분인 투명 전도성 산화막 (TCO) 부분을 제거함으로써 결함 부분을 쉽게 리페어할 수 있다.The method for repairing a thin film solar cell according to the present invention is a method for repairing a thin film solar cell in which a position of a defective part is sensed by using a thermography camera and IR laser light in a wavelength range absorbed by a transparent conductive oxide film (TCO) Or irradiates green laser light having a wavelength range absorbed by the amorphous silicon layer (a-Si: H), which is an absorption layer, or irradiates an IR laser light in a wavelength region absorbed by the transparent conductive oxide film (TCO) Green laser light which is a wavelength region absorbed by an amorphous silicon layer (a-Si: H), which is a silicon oxide film, is sequentially removed to remove the transparent conductive oxide film (TCO) .
따라서, 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어방법은, 적외선 검출기를 사용하여 절연성이 나쁜 부분, 즉 단락된 부분을 정밀하게 검출할 수 있으므로 셀의 주요 결함을 쉽게 검출할 수 있고, 레이저를 이용하여 투명 전도성 산화막(TCO)이나 금속층을 제거하기 때문에 리페어 자체의 수율도 매우 증대시킬 수 있다.Therefore, the thin film solar cell repairing method according to the present invention can accurately detect the defective part, that is, the short-circuited part, of the cell using the infrared ray detector, Since the conductive oxide film (TCO) and the metal layer are removed, the yield of the repair itself can be greatly increased.
그러므로, 본 발명에 따른 박막 태양전지 리페어방법은, 리페어 자체의 수율도 증대되기 때문에 박막 태양전지의 생산성이 증가될 수 있다.Therefore, in the thin film solar cell repairing method according to the present invention, the productivity of the thin film solar cell can be increased because the yield of the repair itself is also increased.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Therefore, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also within the scope of the present invention.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조시에 발생하는 결함에 대해 개략적으로 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a defect occurring in manufacturing a thin-film solar cell according to an embodiment of the prior art.
도 2는 종래기술의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조시에 발생하는 결함에 대해 개략적으로 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a defect occurring in manufacturing a thin-film solar cell according to another embodiment of the prior art.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 태양전지 리페어장치 및 리페어방법을 설명하기 위한 리페어 공정 흐름도이다.3 is a flowchart of a repair process for explaining a thin film solar cell repair apparatus and a repair method according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 결함 셀 리페어방법을 설명하기 위한 리페어 공정 단면도이다.4A to 4D are sectional views of a repair process for explaining a defective cell repair method of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 태양전지의 결함 셀 리페어방법을 설명하기 위한 리페어 공정 단면도이다.5A to 5D are sectional views of a repair process for explaining a defective cell repair method of a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 태양전지의 결함 셀 리페어방법을 설명하기 위한 리페어 공정 단면도이다.6A to 6E are sectional views of a repair process for explaining a defect cell repair method of a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ****** Description of the main parts of drawings ***
100 : 태양전지 셀 101 : 투명기판100: solar cell 101: transparent substrate
105, 110 : 결함 120 : 적외선 센서105, 110: Defect 120: Infrared sensor
120a : 스캔방향 125 : 적외선120a: scan direction 125: infrared
133 : 투명전극 135 : 제1 개구부133: transparent electrode 135: first opening
137 : 흡수층 139 : 제2 개구부 137: absorbing layer 139: second opening
141 : 금속전극막 141a : 금속파편141:
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| JP2002009272A (en) * | 2000-06-26 | 2002-01-11 | Canon Inc | Photoelectric converter and its repair method |
Also Published As
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